Design of novel optical cavity for NDIR gas sensor with high output power

고출력 NDIR 가스센서를 위한 새로운 optical cavity 설계

본 연구에서는 NDIR(non dispersive infrared absorption) 가스센서의 소형화와 저가화를 목표로 2개의 오목 거울을 이용한 새로운 광 공동(optical cavity) 구조를 제안하고, 구조에 따른 광 출력 특성을 시뮬레이션하였다. Optical cavity는 광 경로증가 및 광 집속 구조로 설계하고, 각각의 출력단에서 검출되는 광 출력을 시뮬레이션한 결과 광 집속 구조의 팡 출력이 더 효율적임을 확인하였다. 집광구조에서의 광 출력을 최대로 하기 위해 광의 초점을 찾아보았다. 집광 구조를 사용하지 않는 단순 평행 광이 조사되는 경우, 적외선 센서부에 입사되는 광 출력은 최대 0.024W이다. 그러나 집광구조에서는 optical cavity의 광축에서 센서의 위치를 $15\sim20mm$까지 변화시켜 시뮬레이션한 결과 거리 18.83mm 일 때 조사되는 광 출력이 약 0.153W로 약 7배 증가됨을 확인하였다.